På grund af deres kompakthed og høje drejningsmomenttæthed er permanentmagnet synkronmotorer meget udbredt i mange industrielle applikationer, især til højtydende drivsystemer såsom undersøiske fremdrivningssystemer.Permanent magnet synkronmotorer kræver ikke brug af slæberinge til excitation, hvilket reducerer rotorvedligeholdelse og tab.Permanent magnet synkronmotorer er yderst effektive og velegnede til højtydende drivsystemer såsom CNC værktøjsmaskiner, robotteknologi og automatiserede produktionssystemer i industrien.
Generelt skal design og konstruktion af permanentmagnet synkronmotorer tage hensyn til både stator- og rotorstrukturen for at opnå en højtydende motor.
Strukturen af permanent magnet synkron motor
Luftgab magnetisk fluxtæthed:Bestemt i henhold til udformningen af asynkronmotorer osv., udformningen af permanentmagnetrotorer og brugen af særlige krav til omskiftning af statorviklinger.Derudover antages det, at statoren er en slidset stator.Luftgabets fluxtæthed er begrænset af statorkernens mætning.Specielt er topfluxtætheden begrænset af tandhjulstændernes bredde, mens bagsiden af statoren bestemmer den maksimale totale flux.
Desuden afhænger det tilladte mætningsniveau af applikationen.Typisk har højeffektive motorer en lavere fluxtæthed, mens motorer designet til maksimal drejningsmomenttæthed har en højere fluxtæthed.Den maksimale luftgab-fluxtæthed er normalt i området 0,7-1,1 Tesla.Det skal bemærkes, at dette er den totale fluxtæthed, dvs. summen af rotor- og statorfluxene.Dette betyder, at hvis ankerreaktionskraften er lav, betyder det, at justeringsmomentet er højt.
For at opnå et stort reluktans-momentbidrag skal statorreaktionskraften imidlertid være stor.Maskinparametre viser, at stor m og lille induktans L hovedsageligt kræves for at opnå justeringsmoment.Dette er normalt egnet til drift under basishastigheden, da høj induktans reducerer effektfaktoren.
Permanent magnet materiale:
Magneter spiller en vigtig rolle i mange enheder, derfor er det meget vigtigt at forbedre ydeevnen af disse materialer, og opmærksomheden er i øjeblikket fokuseret på sjældne jordarters og overgangsmetalbaserede materialer, der kan opnå permanente magneter med høje magnetiske egenskaber.Afhængigt af teknologien har magneter forskellige magnetiske og mekaniske egenskaber og udviser forskellig korrosionsbestandighed.
NdFeB (Nd2Fe14B) og Samarium Cobalt (Sm1Co5 og Sm2Co17) magneter er de mest avancerede kommercielle permanentmagnetmaterialer, der er tilgængelige i dag.Inden for hver klasse af sjældne jordarters magneter er der en bred vifte af kvaliteter.NdFeB-magneter blev kommercialiseret i begyndelsen af 1980'erne.De er meget udbredt i dag i mange forskellige applikationer.Omkostningerne ved dette magnetmateriale (pr. energiprodukt) er sammenlignelige med ferritmagneter, og på en per kilogram basis koster NdFeB-magneter omkring 10 til 20 gange så meget som ferritmagneter.
Nogle vigtige egenskaber, der bruges til at sammenligne permanente magneter, er: remanens (Mr), som måler styrken af det permanentmagnetiske magnetfelt, tvangskraft (Hcj), materialets evne til at modstå afmagnetisering, energiprodukt (BHmax), magnetisk massefylde ;Curie-temperatur (TC), den temperatur, hvor materialet mister sin magnetisme.Neodymiummagneter har højere remanens, højere koercivitet og energiprodukt, men er generelt af den lavere Curie-temperaturtype, Neodymium arbejder med Terbium og Dysprosium for at bevare sine magnetiske egenskaber ved høje temperaturer.
Permanent Magnet Synchronous Motor Design
I designet af en permanent magnet synkronmotor (PMSM) er konstruktionen af permanentmagnetrotoren baseret på statorrammen af en trefaset induktionsmotor uden at ændre geometrien af statoren og viklingerne.Specifikationer og geometri omfatter: motorhastighed, frekvens, antal poler, statorlængde, indre og ydre diametre, antal rotorspalter.Designet af PMSM inkluderer kobbertab, tilbage-EMF, jerntab og selv- og gensidig induktans, magnetisk flux, statormodstand osv.
Beregning af selvinduktans og gensidig induktans:
Induktans L kan defineres som forholdet mellem fluxforbindelse og fluxproducerende strøm I, i Henrys (H), lig med Weber pr. ampere.En induktor er en enhed, der bruges til at lagre energi i et magnetfelt, svarende til hvordan en kondensator lagrer energi i et elektrisk felt.Induktorer består normalt af spoler, normalt viklet omkring en ferrit- eller ferromagnetisk kerne, og deres induktansværdi er kun relateret til lederens fysiske struktur og permeabiliteten af det materiale, som den magnetiske flux passerer igennem.
Trinene til at finde induktansen er som følger:1. Antag, at der er en strøm I i lederen.2. Brug Biot-Savarts lov eller Amperes loop-lov (hvis tilgængelig) til at bestemme, at B er tilstrækkelig symmetrisk.3. Beregn den samlede flux, der forbinder alle kredsløb.4. Multiplicer den totale magnetiske flux med antallet af sløjfer for at opnå fluxforbindelsen, og udfør designet af den permanentmagnetiske synkronmotor ved at evaluere de nødvendige parametre.
Undersøgelsen fandt, at designet af at bruge NdFeB som AC permanent magnet rotormateriale øgede den magnetiske flux genereret i luftgabet, hvilket resulterede i en reduktion i statorens indre radius, mens den indre radius af statoren bruger samarium kobolt permanent magnetrotormaterialet var større.Resultaterne viser, at det effektive kobbertab i NdFeB er reduceret med 8,124%.For samarium-kobolt som permanentmagnetmateriale vil den magnetiske flux være en sinusformet variation.Generelt skal design og konstruktion af permanentmagnet synkronmotorer tage hensyn til både stator- og rotorstrukturen for at opnå en højtydende motor.
Afslutningsvis
Permanent magnet synkronmotor (PMSM) er en synkronmotor, der bruger højmagnetiske materialer til magnetisering og har karakteristika af høj effektivitet, enkel struktur og nem kontrol.Denne permanentmagnet synkronmotor har applikationer inden for trækkraft, bilindustrien, robotteknologi og rumfartsteknologi.Effekttætheden af permanentmagnet synkronmotorer er højere end for induktionsmotorer med samme rating, fordi der ikke er nogen statoreffekt dedikeret til at generere magnetfeltet..
På nuværende tidspunkt kræver designet af PMSM ikke kun højere effekt, men også lavere masse og lavere inertimoment.
Indlægstid: Jul-01-2022